JP5341959B2 - 半導体製造装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、半導体基板上に原料ガスを供給し、該半導体基板上に原料ガスを主成分とした結晶を成長させる半導体製造装置に関する。

半導体装置の製造には、種々の半導体製造装置が使用される。その中には、半導体基板（以下、ウェハと称する）上に原料ガスを供給し、ウェハ上に原料ガスを主成分とした結晶を成長させるエピタキシャル成長装置がある（例えば、特許文献１）。

エピタキシャル成長装置は、真空ポンプに接続されたステンレススチール（ＳＵＳ）製の外部チャンバと、この外部チャンバ内に配置された石英製の内部チャンバと、内部チャンバ内に配置され、半導体基板を温調するサセプタとを備える。

エピタキシャル成長装置では、温調されたサセプタ上に処理対象である半導体基板を載置し、真空ポンプにより外部チャンバ内を減圧した状態で、内部チャンバ内に原料ガス（例えば、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）やモノシラン（ＳｉＨ_４））とキャリアガス（例えば、水素（Ｈ_２））とを供給し、外部チャンバ内と内部チャンバとの間にパージガス（例えば、水素（Ｈ_２））を供給して、半導体基板上に原料ガスを主成分とする結晶を成長させる。

特開２００６−１９１１４４号公報

ところで、エピタキシャル成長装置の内部チャンバは、石英製であるため、複雑な形状を作成することが難しい。このため、内部チャンバは、通常、複数のパーツを組み合わせて構成されている。このようなエピタキシャル成長装置では、各パーツ間の隙間から内部チャンバ内にパージガスが流入するのを抑制するため、各パーツ間に生じる隙間が最小限となるように設計されている。

しかしながら、石英製の内部チャンバは、定期メンテナンス（フッ酸水による洗浄）によりに表面が徐々にエッチングされるため、使用により、内部チャンバを構成する各チャンバ間の隙間が大きくなる。

また、内部チャンバを構成する各パーツを複数のエピタキシャル装置で共通に使用している場合にも、各パーツの組み合わせによっては、パーツ間の隙間が大きくなる場合がある。さらに、エピタキシャル成長装置の駆動部が動作する際に生じる振動によって、各パーツ間の隙間が大きくなる場合がある。

上述のように、内部チャンバの隙間が大きくなると、内部チャンバ内に流入するパージガスの量が増大し、半導体基板上へ供給される原料ガスの濃度が薄くなる。その結果、結晶の成膜速度が低下する問題が生じる。

本発明の実施形態は、内部チャンバ内へのパージガスの流入を抑制し、半導体基板上にエピタキシャル層を安定して形成できる半導体製造装置を提供することを目的とする。

実施形態の半導体製造は、原料ガス及びパージガスを供給して、半導体基板上に原料ガスを主成分とする結晶を成長させる半導体製造装置であって、半導体基板を搬入搬出するための第１の開口が形成された外部チャンバと、第１の開口を開閉自在に閉塞する弁体と、半導体基板を搬入搬出するための第２の開口が形成された部材を含む複数の部材から構成され、複数の部材のうち、互いに隣り合う部材間の隙間の少なくとも一部が覆われた状態で外部チャンバ内に配置された内部チャンバと、内部チャンバ内に配置され、半導体基板を上面に載置して温調するサセプタと、原料ガスを内部チャンバ内へ供給し、パージガスを外部チャンバと内部チャンバとの間に供給するガス供給部と、を備える。

第１の実施形態に係る半導体製造装置の断面図。 第１の実施形態に係る半導体製造装置の一部構成図。 第１の実施形態の変形例１に係る半導体製造装置の一部構成図。 第１の実施形態の変形例２に係る半導体製造装置の一部構成図。 第２の実施形態に係る半導体製造装置の断面図。 第３の実施形態に係る半導体製造装置の断面図。 第４の実施形態に係る半導体製造装置の断面図。 実験Ａの結果を示す図。 実験Ｂの結果を示す図。 実験Ｃの結果を示す図。 実験Ｄの結果を示す図。

以下、図面を参照して、各実施形態について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る半導体製造装置１（以下、半導体製造装置１と称する）の断面図である。図２は、第１の実施形態に係る半導体製造装置の一部構成図である。図２（ａ）は、半導体製造装置１の一部上面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の線分Ｘ−Ｘでの断面図である。半導体製造装置１は、原料ガスをチャンバ内へ供給し、該原料ガスを主成分とする結晶を半導体基板Ｗ（以下、ウェハＷと称する）上にエピタキシャル成長させる枚葉式のエピタキシャル成長装置である。以下、図１及び図２を参照して半導体製造装置１の構成について説明する。

（半導体製造装置１の構成）
半導体製造装置１は、外部チャンバ１１０と、ゲートバルブ１２０（弁体）と、内部チャンバ１３０と、整流板１４０と、サセプタ１５０と、リフト機構１６０と、回転機構１７０と、ガス供給部１８０と、排気部１９０とを備える。

外部チャンバ１１０は、チャンバ１１１及びリッド（蓋）１１２から構成されるステンレススチール（ＳＵＳ）製の容器である。チャンバ１１１には、ウェハＷを搬入搬出するための開口１１１ａ（第１の開口）が形成されている。また、チャンバ１１１とリッド１１２との間には、外部チャンバ１１０内の気密を保持するため封止部材１１３（例えば、Ｏ−ｒｉｎｇ）が介在する。さらに、チャンバ１１１の底部には、後述する回転機構１７０の回転軸１７１との間に、外部チャンバ１１０内の気密を保持するため封止部材１１４（例えば、Ｏ−ｒｉｎｇ、磁性流体）が介在する。

ゲートバルブ１２０は、チャンバ１１１の開口１１１ａの外周部を取り囲む封止部材１２１（例えば、Ｏ−ｒｉｎｇ）を備え、チャンバ１１１の開口１１１ａを開閉自在に閉塞する。

内部チャンバ１３０は、複数の部材（パーツ）から構成される石英製の容器であり、外部チャンバ１１０内に配置される。この実施形態では、内部チャンバ１３０は、上部チャンバ１３１、下部チャンバ１３２、ゲートカバー１３３及びカバー１３４から構成される。

上部チャンバ１３１には、ウェハＷを搬入搬出するための開口１３１ａ（第２の開口）と、開口１３１ａの周囲から外部チャンバ１１０側に向かって突出した突出部１３１ｂとが形成されている。

ゲートカバー１３３は、一端側がチャンバ１１１の開口１１１ａ内に嵌合され、他端側が上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂの端部まで延在し、ウェハＷの通路を形成する中空の石英部材である。

カバー１３４は、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂ及びゲートカバー１３３の外周面に沿って延在し、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとゲートカバー１３３の他端側との隙間を覆う矩形管状の石英部材である。

整流板１４０は、上部チャンバ１３１の上部に配置される。整流板１４０には、ガス供給部１８０から供給されるガスを拡散及び整流するための複数の貫通孔１４０ａが形成されている。

サセプタ１５０は、熱源１５１（例えば、カーボン（Ｃ）や炭化ケイ素（ＳｉＣ）製の電熱線やランプヒータ）を内部に備え、上面１５０ａに載置されたウェハＷを所望の温度（例えば、１１００℃）に温調する。

リフト機構１６０は、サセプタ１５０内に配置される。リフト機構１６０は、複数のリフトピン１６１と、このリフトピン１６１を上下方向に駆動する駆動軸１６２とを備え、ウェハＷの搬送ロボットであるハンドラ（図示せず）との間で、ウェハＷの受け渡しを行う。なお、駆動軸１６２は、後述の回転機構１７０の回転軸１７１内を通って、図示しない駆動機構（例えば、エアシリンダ）に接続されており、この駆動機構により上下方向に駆動される。

回転機構１７０は、サセプタ１５０の底部に接続された回転軸１７１と、該回転軸１７１を回転させるモータ１７２とを備える。回転機構１７０は、サセプタ１５０の上面１５０ａに載置されたウェハＷ上に結晶を成長させている間、サセプタ１５０を所望の回転速度（ｒｐｍ）で回転させる。サセプタ１７０の回転によりウェハＷも回転するため、ウェハＷ上に成長する結晶の膜厚の均一性が向上する。

ガス供給部１８０は、内部チャンバ１３０内へ原料ガス（例えば、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）とキャリアガス（例えば、水素（Ｈ_２））とを供給する第１の供給系統１８１と、外部チャンバ１１０と内部チャンバ１３０との間にパージガス（例えば、水素（Ｈ_２））を供給する第２の供給系統１８２とを備える。各供給系統１８１，１８２は、系統内を流れるガス流量を制御する流量制御機（例えば、マスフローコントローラ）を備える（不図示）。

なお、原料ガス（例えば、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）とキャリアガス（例えば、水素（Ｈ_２））に加えて塩素（ＨＣｌ）を第１の供給系統１８１から供給してもよい。また、原料ガスに、ドーパント（例えば、ジボラン（Ｐ型）、ホスフィン（Ｎ型）、アルシン（Ｎ型）等）を添加してもよい。

排気部１９０は、真空ポンプ１９１（例えば、ドライポンプ（ルーツ型）、ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプ）と、外部チャンバ１１０の底部に接続された真空配管１９２と、外部チャンバ１１０と真空ポンプ１９１との間に設けられた流量制御バルブ１９３（例えば、バタフライバルブ、スロットルバルブ、スライドバルブ）とを備える。排気部１９０は、外部チャンバ１１０内を排気し、外部チャンバ１１０内を所望の圧力に保つ。

（半導体製造装置１の動作）
次に、半導体製造装置１の動作について説明する。なお、サセプタ１５０は、熱源１５１（この実施形態では、電熱線）により予め所望の温度（例えば、１１００℃）に温調されているものとする。

初めに、リフトピン１６１を上昇させてハンドラ（図示せず）からウェハＷを受け取った後、リフトピン１６１を下降させてウェハＷをサセプタ１５０の上面１５０ａに載置する。ウェハＷを載置した後、サセプタ１５０が備える熱源１５１（この実施形態では、電熱線）へ流す電流値を制御して、ウェハＷを所望の温度（例えば、１１００℃）に温調する。

ウェハＷが所望の温度に到達したら、ガス供給部１８０の第１の供給系統１８１から、原料ガス（例えば、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２））とキャリアガス（例えば、水素（Ｈ_２））とを内部チャンバ１３０内へ供給し、ガス供給部１８０の第２の供給系統１８２から、パージガス（例えば、水素（Ｈ_２））を外部チャンバ１１０と内部チャンバ１３０との間に供給する。

また、排気部１９０は、外部チャンバ１１０内を排気し、外部チャンバ１１０内を所望の圧力に保つとともに、回転機構１７０は、所望の回転数（ｒｐｍ）でサセプタ１５０を回転させる。

ガス供給部１８０の第１の供給系統１８１から原料ガスを供給することで、サセプタ１５０により温調されたウェハＷ上面に原料ガスを主成分とする結晶（本実施形態では、シリコン（Ｓｉ））が成長し、ウェハＷ上面にシリコン（Ｓｉ）のエピタキシャル層が形成される。

なお、ガス供給部１８０の第２の供給系統１８２から、パージガスを外部チャンバ１１０と内部チャンバ１３０との間に供給する際に、サセプタ１５０の上面１５０ａに載置されたウェハＷの上流側に位置する上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂと、突出部１３１ｂに隣り合うゲートカバー１３３の他端との隙間からパージガスが内部チャンバ１３０内へ流入し、ウェハＷへ供給される原料ガスの濃度が薄くなることが考えられる。

しかしながら、半導体製造装置１は、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂ及びゲートカバー１３３の外周面に沿って延在し、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとゲートカバー１３３の他端側との隙間を覆う矩形管状の石英部材であるカバー１３４を備えている。このため、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとゲートカバー１３３の他端側との隙間から内部チャンバ１３０内へパージガスが流入するのを効果的に抑制することができる。結果、ウェハＷ上へ供給される原料ガスの濃度が薄くなることを防止して、結晶の成膜速度が低下することを効果的に抑制できる。

なお、内部チャンバ１３０の上部チャンバ１３１と下部チャンバ１３２との間にも隙間が存在する。しかしながら、該隙間は、サセプタ１５０の上面１５０ａに載置されたウェハＷよりも下流側に位置する。このため、該隙間から内部チャンバ１３０内へ流入したパージガスは、ウェハＷ側へ逆流することなく排気部１９０が接続された外部チャンバ１１０の底部から排気される。従って、内部チャンバ１３０の上部チャンバ１３１と下部チャンバ１３２と隙間は、ウェハＷ上への結晶の成膜速度に大きな影響を与えない。

以上のように、この第１の実施形態では、サセプタ１５０の上面１５０ａに載置されたウェハＷよりも上流側に位置する上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとゲートカバー１３３の他端側との隙間を覆うカバー１３４を備えているので、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとゲートカバー１３３との隙間から内部チャンバ１３０内へパージガスが流入するのを効果的に抑制することができる。結果、ウェハＷ上へ供給される原料ガスの濃度が薄くなることを防止して、結晶の成膜速度が低下することを効果的に抑制できる。

（第１の実施形態の変形例１）
図３は、第１の実施形態の変形例１に係る半導体製造装置１Ａ（以下、半導体製造装置１Ａと称する）の一部構成図である。図３（ａ）は、半導体製造装置１Ａの一部上面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の線分Ｘ−Ｘでの断面図である。

この半導体装置１Ａは、図１，図２を参照して説明したカバー１３４の代わりに、図３に示すカバー１３４Ａを備える点が、図１，図２を参照して説明した半導体装置１と異なる。半導体製造装置１Ａのその他の構成は、図１及び図２を参照して説明した半導体製造装置１の構成と同じであるため、同一の構成には同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１，図２に示すように、半導体製造装置１が備えるカバー１３４は、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとゲートカバー１３３の他端側との隙間の上面、側面及び裏面すべてを覆うように矩形管状の部材としている。これに対して、半導体製造装置１Ａが備えるカバー１３４Ａは、図３に示すように、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとゲートカバー１３３の他端側との隙間の上面のみを覆う板形状の部材である。

パージガスは、外部チャンバ１１０と内部チャンバ１３０との間を上から下へと流れているため、内部チャンバ１３０内へ流入するパージガスの大部分は、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとゲートカバー１３３の他端側との隙間の上面から流入しているものと考えられる。このため、図３に示すように、半導体製造装置１Ａが備えるカバー１３４Ａを上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとゲートカバー１３３の他端側との隙間の上面のみを覆う板形状の部材としても、内部チャンバ１３０内に流入するパージガスの流量を効果的に抑制することが可能である。その他の効果は、図１及び図２を参照して説明した半導体製造装置１と同じである。

（第１の実施形態の変形例２）
図４は、第１の実施形態の変形例２に係る半導体製造装置１Ｂ（以下、半導体製造装置１Ｂと称する）の一部構成図である。図４（ａ）は、半導体製造装置１Ｂの一部上面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の線分Ｘ−Ｘでの断面図である。

この半導体装置１Ｂは、図１，図２を参照して説明した半導体製造装置１のカバー１３４の代わりに、図４に示すカバー１３４Ｂを備える点が、図１，図２を参照して説明した半導体製造装置１と異なる。半導体製造装置１Ｂのその他の構成は、図１，図２を参照して説明した半導体製造装置１の構成と同じであるため、同一の構成には同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図４に示すように、半導体製造装置１Ｂが備えるカバー１３４Ｂは、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとゲートカバー１３３の他端側との隙間の上面及び両側面を覆う図４（ａ）の線分Ｘ−Ｘでの断面形状がコ字型の部材である。この半導体製造装置１Ｂでは、カバー１３４Ｂが上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとゲートカバー１３３の他端側との隙間の上面及び側面を覆っているので、より効果的に内部チャンバ１３０内に流入するパージガスの流量を効果的に抑制することが可能である。その他の効果は、図１及び図２を参照して説明した半導体製造装置１と同じである。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る半導体製造装置２（以下、半導体製造装置２と称する）の断面図である。半導体製造装置２は、サセプタ１５０の上面１５０ａに載置されたウェハＷの上流側に位置する上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとゲートカバー１３３の他端との隙間を、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂ及びゲートカバー１３３の内周面に沿って延在するカバー２３４で覆っている点が、図１及び図２を参照して説明した半導体製造装置１と異なる。なお、半導体製造装置２のその他の構成は、図１及び図２を参照して説明した半導体製造装置１の構成と同じであるため、同一の構成には同一の符号を付して重複した説明を省略する。

以上のように、半導体製造装置２は、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂ及びゲートカバー１３３の内周面に沿って延在し、サセプタ１５０の上面１５０ａに載置されたウェハＷの上流側に位置する上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとゲートカバー１３３の他端との隙間を覆うカバー２３４を備えている。

このため、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとゲートカバー１３３との隙間から内部チャンバ１３０内へパージガスが流入するのを効果的に抑制することができる。結果、ウェハＷ上へ供給される原料ガスの濃度が薄くなることを防止して、結晶の成膜速度が低下することを効果的に抑制できる。

（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態に係る半導体製造装置３（以下、半導体製造装置３と称する）の断面図である。図６に示すように、半導体製造装置３は、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂの先端に、ゲートカバー１３３の他端側の先端と嵌合して、ゲートカバー１３３との隙間を覆う覆い部１３１ｃが設けられている点及びカバー１３４を有さない点が、図１及び図２を参照して説明した半導体製造装置１と異なる。なお、半導体製造装置３のその他の構成は、図１及び図２を参照して説明した半導体製造装置１の構成と同じであるため、同一の構成には同一の符号を付して重複した説明を省略する。

以上のように、半導体製造装置３は、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂの先端にゲートカバー１３３の他端側の先端と嵌合して、ゲートカバー１３３との隙間を覆う覆い部１３１ｃが設けられている。このため、サセプタ１５０の上面１５０ａに載置されたウェハＷの上流側に位置する上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとゲートカバー１３３との隙間から、内部チャンバ１３０内へパージガスが流入するのを効果的に抑制することができる。結果、ウェハＷ上へ供給される原料ガスの濃度が薄くなることを防止して、結晶の成膜速度が低下することを効果的に抑制できる。また、図１及び図２を参照して説明したカバー１３４が必要なくなるので、半導体製造装置３を構成する部品点数を減らすことができる。

（第４の実施形態）
図７は、第４の実施形態に係る半導体製造装置４（以下、半導体製造装置４と称する）の断面図である。図７に示すように、半導体製造装置４は、ゲートカバー１３３の他端側の先端に、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂの先端と嵌合して、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとの隙間を覆う覆い部１３３ａが設けられている点及びカバー１３４を有さない点が、図１及び図２を参照して説明した半導体製造装置１と異なる。なお、半導体製造装置４のその他の構成は、図１及び図２を参照して説明した半導体製造装置１の構成と同じであるため、同一の構成には同一の符号を付して重複した説明を省略する。

以上のように、半導体製造装置４は、ゲートカバー１３３の他端側の先端に、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂの先端と嵌合して、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとの隙間を覆う覆い部１３３ａが設けられている。このため、サセプタ１５０の上面１５０ａに載置されたウェハＷの上流側に位置する上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとゲートカバー１３３との隙間から、内部チャンバ１３０内へパージガスが流入するのを効果的に抑制することができる。結果、ウェハＷ上へ供給される原料ガスの濃度が薄くなることを防止して、結晶の成膜速度が低下することを効果的に抑制できる。また、図１及び図２を参照して説明したカバー１３４が必要なくなるので、半導体製造装置４を構成する部品点数を減らすことができる。

次に、実施例を挙げて、上記実施形態をより詳細に説明する。
発明者らは、図１及び図２を参照して説明した半導体製造装置１を使用して複数の実験Ａ〜Ｄを行った。以下、発明者らが行った実験Ａ〜Ｄについて説明する。

（実験Ａ）
初めに、発明者らは、図１及び図２を参照して説明した半導体製造装置１からカバー１３４を外した状態で、複数枚のウェハ上にシリコン（Ｓｉ）をエピタキシャル成長させ、その膜厚を確認した。なお、各ウェハの処理時間（成膜時間）は同じである。また、成膜時の原料ガス及びキャリアガスの流量は、以下のとおりである。

原料ガス（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）：１７０ＳＣＣＭ
キャリアガス（Ｈ_２）：３４ＳＬＭ
ＳＬＭは、０℃における1分間辺りの流量をリットルで表示した単位、ＳＣＣＭは、０℃における1分間辺りの流量をｃｃで表示した単位である。

実験Ａの結果を図８に示す。図８の縦軸は、ウェハ上に成膜した単結晶シリコン（Ｓｉ）の膜厚を表している。図８の横軸は、連続処理したウェハの枚数を表している。なお、図８の縦軸は、ターゲット（目標）とする膜厚を１として正規化されている。

図８に示す結果からは、初めの数枚程度は、ウェハ上に成膜した単結晶シリコン（Ｓｉ）の膜厚が略一定であるが、同じ成膜時間であるにも関わらず、途中のウェハから成膜した単結晶シリコン（Ｓｉ）の膜厚が薄くなっていることがわかる。

（実験Ｂ）
次に、発明者らは、成膜した単結晶シリコン（Ｓｉ）の膜厚が薄くなった状態の半導体製造装置１を用いて、外部チャンバ１１０と内部チャンバ１３０との間に流すパージガスの流量を３段階に変化させて、ウェハ上にシリコン（Ｓｉ）をエピタキシャル成長させた。この際、発明者らは、各ガス流量ごとにウェハを１枚ずつ処理し、エピタキシャル成長させたシリコン（Ｓｉ）の膜厚を計測した。なお、成膜時の原料ガス（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２：）及びキャリアガス（Ｈ_２）の流量及び各ウェハの処理時間（成膜時間）は、実験Ａと同じである。また、半導体製造装置１からはカバー１３４は外されている。

実験Ｂの結果を図９に示す。図９の縦軸は、ウェハ上に成膜した単結晶シリコン（Ｓｉ）の膜厚を表している。図９の横軸は、パージガス（Ｈ_２）の流量を表している。なお、図９の縦軸は、通常のプロセスで流す流量を１として正規化されている。また、図９の横軸は、ターゲット（目標）とする膜厚を１として正規化されている。

図９に示す結果からは、外部チャンバ１１０と内部チャンバ１３０との間に流すパージガスの流量を減少させると、ウェハ上に成膜した単結晶シリコン（Ｓｉ）の膜厚が回復、つまり厚くなることがわかる。

（実験Ｃ）
発明者らは、上記実験Ａ及びＢの実験結果より、内部チャンバ１３０（図１参照）の隙間からパージガス（Ｈ_２）が内部チャンバ１３０内に流入することが、ウェハに成膜される単結晶シリコン（Ｓｉ）の膜厚が薄くなる原因であると考え、図１及び図２を参照して説明した半導体製造装置１にカバー１３４を取り付けた状態で、複数枚のウェハ上にシリコン（Ｓｉ）をエピタキシャル成長させ、その膜厚を確認した。なお、成膜時の原料ガス（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２：）及びキャリアガス（Ｈ_２）の流量及び各ウェハの処理時間（成膜時間）は、実験Ａと同じである。

実験Ｃの結果を図１０に示す。図１０の縦軸は、ウェハ上に成膜した単結晶シリコン（Ｓｉ）の膜厚を表している。図１０の横軸は、連続処理したウェハの枚数を表している。なお、図１０の縦軸は、ターゲット（目標）とする膜厚を１として正規化されている。

図１０に示す結果からは、最初から最後のすべてのウェハにおいて、成膜した単結晶シリコン（Ｓｉ）の膜厚が略一定で安定していることがわかる。

（実験Ｄ）
最後に、発明者らは、成膜した単結晶シリコン（Ｓｉ）の膜厚が薄くなった状態の半導体製造装置１を用いて、以下の４条件（条件α，β，γ，δ）で、ウェハ上にシリコン（Ｓｉ）をエピタキシャル成膜させ、その膜厚を測定した。この際、発明者らは、条件α，β，γ，δ毎にパージガス（Ｈ_２）の流量を３段階に変化させた。なお、発明者らは、各ガス流量ごとにウェハを１枚ずつ処理し、エピタキシャル成長させたシリコン（Ｓｉ）の膜厚を計測している。また、成膜時の原料ガス（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）及びキャリアガス（Ｈ_２）の流量及び各ウェハの処理時間（成膜時間）は、実験Ａと同じである。

以下の表１は、条件α〜条件δの各条件をまとめたものである。

表１において、項目Ａは、カバー１３４の有無を示している。条件α〜条件δの項目Ａが「Ｙｅｓ」であれば、図１及び図２を参照して説明した製造装置１に、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとゲートカバー１３３の他端側との隙間を覆うカバー１３４が取り付けられていることを示している。また、条件α〜条件δの項目Ａが「Ｎｏ」であれば、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとゲートカバー１３３の他端側との隙間を覆うカバー１３４が取り付けられていないことを示している。

表１において、項目Ｂは、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとゲートカバー１３３の他端側との隙間の有無を示している。条件α〜条件δの項目Ｂが「Ｙｅｓ」であれば、ゲートカバー１３３を所定の位置からずれており、図１及び図２を参照して説明した上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとゲートカバー１３３の他端側との隙間が１ｍｍ以上となっていることを示している。

また、条件α〜条件δの項目Ｂが「Ｎｏ」であれば、図１及び図２を参照して説明した上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとゲートカバー１３３の他端側との隙間が１ｍｍ未満であることを示している。

実験Ｄの結果を図１１に示す。図１１の縦軸は、ウェハ上に成膜した単結晶シリコン（Ｓｉ）の膜厚を表している。図１１の横軸は、パージガス（Ｈ_２）の流量を表している。なお、図１１の縦軸は、通常のプロセスで流す流量を１として正規化されている。また、図１１の横軸は、ターゲット（目標）とする膜厚を１として正規化されている。

表１の条件及び図１１に示す結果からは、条件α及び条件βの場合、つまり項目Ａが「Ｙｅｓ」である場合、項目Ｂが「Ｙｅｓ」であっても「Ｎｏ」であっても、パージガス（Ｈ_２）の流量に関係なくウェハ上に成膜される単結晶シリコン（Ｓｉ）の膜厚が安定していることがわかる。

一方、条件γの場合、つまり項目Ａが「Ｎｏ」、項目Ｂが「Ｎｏ」の場合、パージガス（Ｈ_２）の流量が、正規化した値で「０．１」及び「０．５」の間は、ウェハ上に成膜される単結晶シリコン（Ｓｉ）の膜厚は安定している。しかしながら、パージガス（Ｈ_２）の流量を、正規化した値で「１」とした場合、ウェハ上に成膜される単結晶シリコン（Ｓｉ）の膜厚が薄くなることがわかる。

また、条件δの場合、つまり項目Ａが「Ｎｏ」、項目Ｂが「Ｙｅｓ」の場合、パージガス（Ｈ_２）の流量が正規化した値で「０．１」の時に、すでにウェハ上に成膜される単結晶シリコン（Ｓｉ）の膜厚が薄くなっており、パージガス（Ｈ_２）の流量が多くなるに従い、ウェハ上に成膜される単結晶シリコン（Ｓｉ）の膜厚がますます薄くなることがわかる。

以上より、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂ及びゲートカバー１３３の外周面に沿って延在し、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとゲートカバー１３３の他端側との隙間を覆う矩形管状の石英部材であるカバー１３４を取り付けることにより、上部チャンバ１３１の突出部１３１ｂとゲートカバー１３３との隙間から内部チャンバ１３０内へパージガスが流入するのを抑制でき、ウェハ上へ単結晶シリコン（Ｓｉ）を安定して成膜できることがわかった。

（その他の実施形態）
以上のように、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図するものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を変更しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形が、発明の範囲や要旨に含まれるのと同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。例えば、上記第１〜第４の実施形態では、枚葉式のエピタキシャル成長装置を例に本発明について発明したが、複数枚のウェハを一度に処理するバッチ式のエピタキシャル成長装置にも適用が可能である。

１〜４…半導体製造装置、１１０…外部チャンバ、１１１…チャンバ、１１１ａ…開口、１１２…リッド（蓋）、１１３，１１４…封止部材（Ｏ−Ｒｉｎｇ）、１２０…ゲートバルブ、１２１…封止部材（Ｏ−Ｒｉｎｇ）、１３０…内部チャンバ、１３１…上部チャンバ、１３１ａ・・開口、１３１ｂ…突出部、１３１ｃ…覆い部、１３２…下部チャンバ、１３３…ゲートカバー、１３３ａ…覆い部、１３４，１３４Ａ，１３４Ｂ，２３４…カバー、１４０…整流板、１４０ａ…貫通孔、１５０…サセプタ、１５０ａ…上面、１５１…熱源、１６０…リフト機構、１６１…リフトピン、１６２…駆動軸、１７０…回転機構、１７１…回転軸、１７２…モータ、１８０…ガス供給部、１８１…第１の供給系統、１８２…第２の供給系統、１９０…排気部、１９１…真空ポンプ、１９２…真空配管、１９３…流量制御バルブ、Ｗ…ウェハ（半導体基板）。

Claims (9)

1. 原料ガス及びパージガスを供給して、半導体基板上に原料ガスを主成分とする結晶を成長させる半導体製造装置であって、
   前記半導体基板を搬入搬出するための第１の開口が形成された外部チャンバと、
   前記第１の開口を開閉自在に閉塞する弁体と、
   前記半導体基板を搬入搬出するための第２の開口が形成された部材を含む複数の部材から構成され、前記複数の部材のうち、互いに隣り合う前記部材間の隙間の少なくとも一部が、前記パージガスの流れに対して垂直方向に覆われた状態で前記外部チャンバ内に配置された内部チャンバと、
   前記内部チャンバ内に配置され、前記半導体基板を上面に載置して温調するサセプタと、
   前記原料ガスを前記内部チャンバ内へ供給し、パージガスを前記外部チャンバと前記内部チャンバとの間に供給するガス供給部と、
   を備える半導体製造装置。
2. 前記内部チャンバは、
   前記第２の開口及び前記第２の開口の周囲から前記外部チャンバ側に向かって突出した突出部が形成された第１の部材と、
   一端側が前記第１の開口内に嵌合され、他端側が前記突出部の端部まで延在して前記半導体基板の通路を形成する中空の第２の部材と、
   前記突出部と、前記他端側との隙間の少なくとも一部を覆う第３の部材と、
   を有する請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 前記第３の部材は、
   前記第１の部材の前記突出部及び前記第２の部材の外周面に沿って延在して前記隙間を覆う矩形管状の部材である請求項２に記載の半導体製造装置。
4. 前記第３の部材は、
   前記第１の部材の前記突出部及び前記第２の部材の上面に沿って延在して前記隙間の上面を覆う板形状の部材である請求項２に記載の半導体製造装置。
5. 前記第３の部材は、
   前記第１の部材の前記突出部及び前記第２の部材の上面及び側面に沿って延在して前記隙間の上面及び両側面を覆う断面形状がコ字型の部材である請求項２に記載の半導体製造装置。
6. 前記第３の部材は、
   前記第１の部材の前記突出部及び前記第２の部材の内周面に沿って延在して前記隙間を覆う矩形管状の部材である請求項２に記載の半導体製造装置。
7. 前記内部チャンバは、
   前記第２の開口及び前記第２の開口の周囲から前記外部チャンバ側に向かって突出した突出部が形成された第１の部材と、
   一端側が前記第１の開口内に嵌合され、他端側が前記突出部の端部まで延在して前記半導体基板の通路を形成する中空の第２の部材と、
   を有し、
   前記第１の部材の前記突出部の先端には、前記第２の部材の他端と嵌合して、前記第２の部材との隙間を覆う覆い部が設けられている請求項１に記載の半導体製造装置。
8. 前記内部チャンバは、
   前記第２の開口及び前記第２の開口の周囲から前記第１の開口に向かって突出した突出部が形成された第１の部材と、
   一端側が前記第１の開口内に嵌合され、他端側が前記突出部の端部まで延在して前記半導体基板の通路を形成する中空の第２の部材と、
   を有し、
   前記第２の部材の前記他端側の先端には、前記第１の部材の前記突出部の先端と嵌合して、前記第１の部材との隙間を覆う覆い部が設けられている請求項１に記載の半導体製造装置。
9. 前記内部チャンバの前記複数の部材は、石英製である請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の半導体製造装置。

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